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探索神秘“蔚藍(lán)”的“利器”——世界海洋日看我國自主研發(fā)深海探測裝備
2020-06-08 15:42:19 來源: 新華網(wǎng)
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  新華社青島6月8日電? 題:探索神秘“蔚藍(lán)”的“利器”——世界海洋日看我國自主研發(fā)深海探測裝備

  新華社記者張旭東

  6月8日是世界海洋日,雖然人類對海洋的認(rèn)識在加速,但對其依然知之甚少,特別是對深海的探索還處在“盲人摸象”階段。認(rèn)知、探索深海首先需要探測“利器”,除了“蛟龍”號,我國還有一批自主研發(fā)的深海探測“黑科技”,“海翼”系列水下滑翔機(jī)、深海原位拉曼光譜探針、“診脈”深海的實(shí)時潛標(biāo)就是其中典型代表。

(圖文互動)(1)探索神秘“蔚藍(lán)”的“利器”--世界海洋日看我國自主研發(fā)深海探測裝備

  科考隊(duì)員在布放“海翼”系列水下滑翔機(jī)(資料照片)。 新華社發(fā)

  深海劃出優(yōu)美“V”字形

  看上去猶如個頭不一的“火箭”,它們不是上天而是入海。

  “海翼”系列水下滑翔機(jī)由中國科學(xué)院沈陽自動化研究所自主研發(fā),是一種新概念水下機(jī)器人,通過調(diào)節(jié)自身浮力和姿態(tài)以實(shí)現(xiàn)在水中滑行,作業(yè)深度覆蓋300米至7000米,可連續(xù)工作幾十天至幾個月,航行范圍可達(dá)幾千公里,將收集到的海水溫度、鹽度、濁度、含氧量,以及海流強(qiáng)度和運(yùn)動方向等數(shù)據(jù),實(shí)時回傳至陸地。

  中國科學(xué)院沈陽自動化研究所副研究員金文明說,“海翼”是靠浮力驅(qū)動,這一技術(shù)讓其在水下運(yùn)行軌跡呈較大“V”字形,仿佛在坐“過山車”。“海翼”在每個運(yùn)動周期的頂點(diǎn)和底端進(jìn)行浮力調(diào)節(jié),所以能跑得更遠(yuǎn)、更節(jié)能,具有大范圍、長時間連續(xù)海洋環(huán)境觀測優(yōu)勢。

  目前,中國科學(xué)院沈陽自動化研究所形成了300米、1000米、1500米、4500米、7000米、混合驅(qū)動型、聲學(xué)型等多種深度和類型的“海翼”系列水下滑翔機(jī)。

  “海翼”系列水下滑翔機(jī)在東海、南海、印度洋和太平洋完成多次海上試驗(yàn)與應(yīng)用,累計(jì)海上工作6400多天,觀測距離16萬多公里,獲得4.6萬多條剖面數(shù)據(jù)。

  2017年7月至8月,12臺“海翼”水下滑翔機(jī)在南海開展組網(wǎng)同步觀測;2018年10月,“海翼”7000米在馬里亞納海溝最大下潛深度達(dá)7076米。

(圖文互動)(2)探索神秘“蔚藍(lán)”的“利器”--世界海洋日看我國自主研發(fā)深海探測裝備

  科考隊(duì)員對西太平洋科學(xué)觀測網(wǎng)的潛標(biāo)進(jìn)行維護(hù)升級(資料照片)。 新華社發(fā)

  “一照”即知“何方神圣”

  熱液、冷泉是近年來深海研究熱點(diǎn),但要想知道這些流體的準(zhǔn)確組分卻異常困難。因?yàn)槿绻麑嵋簶悠穾Щ貙?shí)驗(yàn)室分析,受溫度、壓力變化及海水混入影響,熱液噴口流體的化學(xué)成分或濃度會明顯改變。雖然可以利用保壓、保溫儲存裝置獲得保真樣品,受取樣方法限制,分析數(shù)據(jù)與實(shí)際仍有明顯差異。

  中國科學(xué)院海洋研究所自主研發(fā)的深海原位拉曼光譜探針就像“照妖鏡”一般,激光打到目標(biāo)探測物上就能立即知道其含有何種物質(zhì),以及各種物質(zhì)的濃度如何。

  中國科學(xué)院海洋研究所研究員張鑫介紹,深海原位拉曼光譜探針應(yīng)用的是拉曼散射原理。當(dāng)激光照射到樣品上,樣品中的分子使入射光發(fā)生散射,其中一種散射光頻率會發(fā)生改變,這就是印度科學(xué)家拉曼發(fā)現(xiàn)的拉曼散射現(xiàn)象。由于不同分子會產(chǎn)生不同的散射光頻率,利用激光拉曼光譜設(shè)備獲得的拉曼光譜數(shù)據(jù),和已知物質(zhì)的光譜數(shù)據(jù)比對,即可知道樣品是何種組分。

  “國外研制出了能適應(yīng)深海壓力環(huán)境的原位拉曼光譜儀,但熱液噴口高溫、高壓、強(qiáng)酸(堿)和渾濁的流體環(huán)境,一直被認(rèn)為是光學(xué)鏡頭禁區(qū)。”張鑫說,深海原位拉曼光譜探針成功突破普通光學(xué)鏡頭不耐高溫和防顆粒附著性能差等難題,可直接插入450攝氏度深海熱液噴口,為深海熱液化學(xué)性質(zhì)研究提供了裝備支撐。

  借助深海原位拉曼光譜探針,我國科學(xué)家已獲得多項(xiàng)突破性成果:在南海首次觀測到裸露在海底的天然氣水合物,首次在自然界發(fā)現(xiàn)超臨界二氧化碳,揭示深海“倒置湖”神秘現(xiàn)象……

  實(shí)時獲取深海“脈搏”

  海洋實(shí)時觀測數(shù)據(jù)長期依靠衛(wèi)星遙感和浮標(biāo)。用于觀測水下和深海數(shù)據(jù)的潛標(biāo)只能每年回收一次,無法像衛(wèi)星遙感和浮標(biāo)那樣獲得實(shí)時數(shù)據(jù)。這是因?yàn)闈摌?biāo)最上面一個浮體距離海平面還有四五百米,數(shù)據(jù)很難穿透海水傳輸?shù)叫l(wèi)星上。

  中國科學(xué)院海洋研究所研究員汪嘉寧介紹,在西太平洋科學(xué)觀測網(wǎng)建立過程中,科研人員突破了潛標(biāo)數(shù)據(jù)無法長期穩(wěn)定實(shí)時傳輸?shù)暮Q笥^測難題,并將實(shí)時傳輸觀測數(shù)據(jù)的深度由1000米逐步拓展至6000米。

  “科研人員在水面上安裝了一個實(shí)時傳輸數(shù)據(jù)的浮體,它與潛標(biāo)通過無線和有線兩種方式連接。潛標(biāo)將數(shù)據(jù)傳輸給浮體,浮體發(fā)射到衛(wèi)星上,衛(wèi)星再反饋回陸地實(shí)驗(yàn)室。”汪嘉寧說。

  2019年,西太平洋科學(xué)觀測網(wǎng)開始由北斗衛(wèi)星實(shí)時傳輸潛標(biāo)數(shù)據(jù),提高了深海數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)陌踩浴⒆灾餍院涂煽啃浴?蒲腥藛T還依靠北斗衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了雙向通訊,數(shù)據(jù)不僅能實(shí)時回傳至陸地實(shí)驗(yàn)室,科研人員也能在陸地遠(yuǎn)程控制深海潛標(biāo)。

  截至目前,由20套潛標(biāo)和3套大型浮標(biāo)組成的西太平洋科學(xué)觀測網(wǎng),已持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行6年,服務(wù)于深海前沿研究、氣候預(yù)報和海洋環(huán)境預(yù)報等,特別是實(shí)時傳輸回的數(shù)據(jù)提高了氣候和海洋環(huán)境預(yù)報精度。

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【糾錯】 責(zé)任編輯: 王佳寧
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